Bend Energi dalam Kristal

Berdasarkan teori struktur atom Neil Bohr, semua atom ditemui mempunyai tahap tenaga diskret di sekitar nukleus pusat mereka (untuk maklumat lanjut boleh dirujuk dalam artikel “Tahap Tenaga Atom”). Kini pertimbangkan kes di mana dua atau lebih atom tersebut diletakkan berhampiran satu sama lain. Dalam kes ini, struktur tahap tenaga diskret mereka bertukar menjadi struktur band tenaga. Itu bermaksud, di tempat tahap tenaga diskret, seseorang boleh menemui band tenaga diskret. Penyebab pembentukan band tenaga dalam kristal seperti itu adalah interaksi bersama antara atom-atom yang merupakan hasil dari daya elektromagnetik yang bertindak antara mereka.
Gambar 1 menunjukkan susunan biasa band tenaga seperti itu. Di sini, band tenaga 1 boleh difikirkan sebagai analogi kepada tahap tenaga E1 suatu atom terpencil dan band tenaga 2 ke tahap E2 dan seterusnya.

Ini setara dengan mengatakan bahawa elektron-elektron yang lebih dekat dengan nukleus atom-atom yang berinteraksi membentuk band tenaga 1 manakala mereka yang berada di orbit luar mereka menghasilkan band tenaga yang lebih tinggi.

Dalam realiti, setiap band ini merangkumi pelbagai tahap tenaga yang sangat rapat.

Dari gambar, jelas bahawa bilangan tahap tenaga yang muncul dalam band tenaga tertentu meningkat dengan peningkatan band tenaga yang dipertimbangkan iaitu, band tenaga ketiga lebih luas daripada band kedua yang pula dilihat lebih luas berbanding dengan band pertama. Seterusnya, ruang antara setiap band ini dipanggil band terlarang atau jurang band (Gambar 1). Lebih lanjut, semua elektron yang hadir dalam kristal dipaksa untuk berada dalam salah satu band tenaga. Ini bermaksud elektron tidak dapat ditemui di kawasan jurang band tenaga.

Jenis Band Tenaga

Band tenaga dalam kristal boleh berbeza jenis. Beberapa daripadanya akan sepenuhnya kosong kerana itu mereka dipanggil band tenaga kosong manakala beberapa lagi akan sepenuhnya penuh dan oleh itu dinamakan sebagai band tenaga penuh. Biasanya, band tenaga penuh akan menjadi tahap tenaga yang lebih rendah yang berada lebih dekat dengan nukleus atom dan tidak mempunyai elektron bebas, bermaksud mereka tidak dapat menyumbang kepada penghantaran. Terdapat juga set band tenaga lain yang mungkin kombinasi band tenaga kosong dan penuh yang dipanggil band tenaga campuran.
Namun begitu, dalam bidang elektronik, seseorang secara khusus berminat pada mekanisme penghantaran. Oleh itu, di sini, dua band tenaga mendapat kepentingan ekstrem. Ini adalah

Band Valen

Band tenaga ini terdiri daripada elektron valen (elektron di orbit luar atom) dan boleh sepenuhnya atau separuh penuh. Pada suhu bilik, ini adalah band tenaga tertinggi yang terdiri daripada elektron.

Band Penghantaran

Band tenaga terendah yang biasanya tidak diduduki oleh elektron pada suhu bilik dipanggil band penghantaran. Band tenaga ini terdiri daripada elektron yang bebas daripada daya tarikan nukleus atom.
Secara umum, band valen adalah band dengan tenaga yang lebih rendah berbanding band penghantaran dan oleh itu ditemui di bawah band penghantaran dalam rajah band tenaga (Gambar 2). Elektron dalam band valen terikat longgar kepada nukleus atom dan melompat ke band penghantaran apabila bahan tersebut dipanaskan (misalnya, termal).

Kepentingan Band Tenaga

Ia diketahui bahawa penghantaran melalui bahan disebabkan hanya oleh elektron bebas yang ada di dalamnya. Fakta ini boleh dinyatakan semula dalam teori band tenaga sebagai “elektron yang hadir dalam band penghantaran adalah yang satu-satunya yang menyumbang kepada mekanisme penghantaran”. Oleh itu, seseorang boleh mengelaskan bahan-bahan ke dalam kategori yang berbeza dengan melihat rajah band tenaga mereka.
Sebagai contoh, katakan, rajah band tenaga menunjukkan tindihan yang signifikan antara band valen dan band penghantaran (Gambar 3a), maka ia bermaksud bahawa bahan tersebut mempunyai banyak elektron bebas, kerana itu ia boleh dianggap sebagai konduktor yang baik konduktor elektrik iaitu logam.

Di sisi lain, jika kita mempunyai rajah band tenaga di mana terdapat jurang besar antara band valen dan band penghantaran (Gambar 3b), ini bermaksud bahawa kita perlu memberikan bahan tersebut dengan jumlah tenaga yang besar supaya mendapatkan band penghantaran yang penuh. Kadang-kadang, ini mungkin sukar atau kadang-kadang bahkan praktisnya mustahil. Ini akan meninggalkan band penghantaran tanpa elektron kerana itu bahan tersebut gagal untuk menghantar. Oleh itu, bahan-bahan seperti ini akan menjadi pengasing.
Sekarang, katakan kita mempunyai bahan yang menunjukkan pemisahan sedikit antara band valen dan band penghantaran seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 3c. Dalam kes ini, seseorang boleh membuat elektron dalam band valen menduduki band penghantaran dengan memberikan jumlah tenaga yang sedikit. Ini bermaksud walaupun bahan-bahan tersebut biasanya adalah pengasing, mereka boleh diubah menjadi konduktor dengan menggalakkan mereka secara luaran. Oleh itu, bahan-bahan ini akan dipanggil semikonduktor.

Kenyataan: Hormati asal, artikel yang baik berharga dibagikan, jika ada pelanggaran silakan hubungi untuk dihapus.